Untersuchung zu Ursachen, Auswirkungen und Sanierung von Rissen in Schutzbauwerken (D786)
Allgemeine Angaben
- Diplomarbeit Nr.: D786
- Bearbeiter: Martin Rammelt
- Betreuender Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach
- Betreuer: Frank Jesse, Achim Raffelt
- Kooperationspartner : Energieversorgung Sachsen Ost AG
- Bearbeitungszeitraum: 17.06.1999-17.09.1999
Problemstellung:
Im Raum Dresden wurden in etlichen Umspannwerken von der Energieversorgung Sachsen Ost AG (ESAG) Fundamente für ölgekühlte Transformatoren aus Ortbeton hergestellt. Bei allen handelt es sich um Schutzbauwerke, die als "weiße Wanne" ausgebildet sind, damit aus einem havarierenden Trafo auslaufendes Öl aufgenommen werden kann. An den Fundamentwänden mehrerer Anlagen sind in jüngster Vergangenheit immer wieder Risse aufgefallen. Es bestand Besorgnis darüber, daß diese zu einer Beeinträchtigung der Sicherheit führen könnten.
Bild 1: Gesamtansicht einer 40 MVA - Anlage (Neubau Umspannwerk Heidenau)
Schadensanalyse:
Es werden vornehmlich zwei Anlagetypen ausgeführt. Die 40 Megavoltampere(MVA)-Anlagen besitzen Wanddicken von 35 cm. Die Geländeoberkante befindet sich 35 cm unterhalb der Wandkrone. Die Längswände besitzen eine schmalere Wandkrone von 20 cm Breite (Bild 2). Bei den 63 MVA-Anlagen beträgt die Wanddicke nur 30 cm bei einer Höhe der Oberkante über dem Gelände von einem Meter.
Trennrisse mit Breiten bis 0,1 mm und Abständen zwischen 0,5 und 1,5 m traten in den Wandkronen der Längswände in den 40 MVA-Anlagen auf. Die Querwände hingegen weisen keine Trennrisse sondern lediglich Oberflächenrisse in den Wandkanten auf. Im Gegensatz dazu konnten bei den 63 MVA-Anlagen nur in den Südwänden unregelmäßig auftretende vertikale Risse in den Außenseiten vorgefunden werden.
Bild 2: Wandkrone der 40 MVA - Anlagen
Rißursache:
Äußere Lasten und deren Überschreitung erreichen nur einen geringen Teil der Zwangsbeanspruchungen. Durch die statische Unbestimmtheit der Konstruktionie an den starken Innenwände und in Eckbereichen, werden Verformungen behindert. Diese entstehen vor allem durch Schwinden und Temperaturdifferenzen.Den größten Einfluß auf die Rißbildung haben die Schwindspannungen. Die ermittelten reduzierten Spannungen (nach Ermittlung mittels Hooke über Schwindverkürzung und Abminderung durch Relaxation) liegen bis auf die Wände des Umspannwerkes Wilschdorf deutlich über der Betonzugfestigkeit. Eine Rißbildung ist somit sehr wahrscheinlich. Temperaturverformungen wie beispielsweise bei der Abkühlung im Winter treten zusätzlich zu den Schwindverformungen auf und müssen daher zu diesen addiert werden.
In den 40 MVA-Anlagen wurde in den Wänden die Mindestbewehrung aus Zwangsbeanspruchungen nicht eingahalten. Dies ergaben vergleichende Berechnungen der verschiedenen Regelungen nach ZTV-K, DAfStb (Heft 400), DIN 1045 und EC 2. Dies führt zu überhöhten Stahlspannungen, die sogar die Fließgrenze erreichen.
Im Umspannwerk Dresden-Mitte (63 MVA) wurde neben den Schwindbeanspruchungen eine unzureichende Nachbehandlung durchgeführt. Aus den Bauunterlagen geht hervor, daß bei durchschnittlichen Temperaturen über 25 °C (maximal 29 °C) die Fundamentwände lediglich gewässert, nicht mit Folie abgedeckt wurden. Daraus folgt ein niedriger Hydratationsgrad an der Oberfläche und ein höheres Endschwindmaß.
Geringes Rißrisiko entsteht an der Übergangsstelle Bodenplatte-Wand und durch Abfließen der Hydratationswärme.
Maßnahmen zur Verminderung der Rißbildung:
- Verringerung Zementgehalt: geringere Wärmeentwicklung
- Verringerung des hohen Zementleimgehaltes: geringeres Endschwindmaß
- Verzicht auf den Querschnittssprung: Vermeidung von Spannungssprüngen durch unterschiedliches Schwindmaß
- Eventuell Betonieren in einem Arbeitsgang (Arbeitsfolge in Bild 3): Ausschalten des Schwachpunktes Arbeitsfuge
Bild 3: Arbeitsreihenfolge bei Betonieren in einem Arbeitsgang